大型UPS系统应用技术要点

一、UPS介绍
       不间断电源UPS(UninterruptiblePowerSupply)不仅在输入电源中断时可立即供应电力，在电源输入正常时，也可对品质不良的电源进行稳压、稳频、抑制浪涌、滤除噪声、防雷击、净化电源、避免高频干扰等以提供使用者稳定纯净的电源，在工业中应用广泛。但如果没有掌握UPS系统的选型、安装调试、使用维护的要点，则会使UPS性能下降、寿命缩短，甚至损坏[1]。
        UPS可分成离线式、在线式、在线交互式3种[2]。离线式不断电系统，又称后备式，平常市电走旁边的一条路径(俗称旁路)直接供电给负载，只有停电时，才由蓄电池经逆变器转换为交流电源提供给负载电力。在线式UPS就是平常由逆变器输出给负载电力，只有UPS故障、过载或过热时才会转为旁路输出给负载。在线交互式UPS平常由旁路输出给负载，逆变器此时做为充电器。当断电时逆变器则将电池能量转为交流电输出给负载。
l.1在线式UPS原理
UPS系统主要由UPS主机和蓄电池组两部分组成。
在线式UPS主要包括:维修旁路、静态旁路电路，整流器(AC/DC)，直流变直流转换器(DC/DC),逆变器(DC/AC)，蓄电池充电器及控制、侦测电路[3]。
1.2UPS系统工作原理
a.整流器将交流电转换为直流电压。
b.直流直流转换器为一功率因数校正的倍压式升压转换器，校正交流输入电流与输入电压同步;并稳定地将电压提升至约400VDC输出。此控制电路，使输入电流能同步于输入电压，并且使UPS能承受更宽范围的输入电压。
c.逆变器将直流电压转换成交流电压输出，并且与输入市电同步，本逆变器为一半桥电路。
d.静态旁路电路可选择旁路输出或逆变器输出作为UPS输出的开关，逆变器关闭时以旁路输出。
e.充电器可接受市电做输入而转换，适合对电池充电的直流电压，使电池保持在充满状态。各机种内部充电器之最大充电电流约为2.6A。
f.控制电路是侦测各部分控制电路运作。
g.手动旁路开关是用来隔离UPS的整流器、充电器、逆变器和静态开关，交流市电直接经手动旁路开关及输出断路器供电给负载，以便对UPS做维修保养。
h.输出隔离变压器提供电气隔离和多重输出电压。当UPS开机时，由输入交流电源经滤波器后分成2路输出，其中1路输出送至交流变直流转换器(AC/DC)，转换成直流电后再送给半桥式直流变交流逆变器(DC/AC)，呈交流输出;另1路作为旁通路径。一般而言，开机后UPS会进行内部自我诊断，若一切正常，旁通开关会选择逆变器输出，此种输出称为在线式模式输出。
当输入市电断电时，整流器与充电器即不工作，而直流直流转换器工作，将蓄电池的电压转换至逆变器的输入端，再转换为交流输出，即电池模式输出。

二、UPS选型要点
2.1UPS功率问题
UPS的输出功率与功率因数关系密切，在容性负载条件下，UPS的输出功率可以达到标称功率;在感性负载条件下，UPS的输出功率则大大下降。即使在功率因数为0.8(感性)时，其输出也只能达到标称功率的50。UPS的负载，一般都是计算机负载，而计算机负载内部电源大都是开关电源，在开关电源负载条件下，瞬时功率很高，但实际平均功率却很小。故一般UPS在开关电源作负载时，其功率因数只能达约0.65;而UPS在开关电源作负载时，其功率因数指标，一般为0.8[4]，按此指标来带开关电源负载，就有可能损坏UPS设备。因此，选择UPS的功率时，一定要考虑负载的功率因数。
后备式方式输出的UPS不能带电感性负载，而且负载量在额定负载的约50最好。因为在这种负载条件下，可以消除50Hz主波输出波形中的3次谐波(150Hz正弦波)分量，减轻开关电源中流过直流滤波电容中的电流，防止滤波电容因长期过流工作而损坏。
2.2UPS轻载运行问题
大多数UPS在50～100负载时，其效率最高，当负载低于50时，其效率急剧下降。因此，当UPS过度轻载运行时，从经济角度讲是不合算的。另外，有的用户总认为，负载越轻，机器的可靠性就越高，故障率就越低，其实，这种概念并不全面，因为负载轻，虽然可以降低末级功率管被损坏的概率，但对蓄电池却极其有害，过度轻载运行，一旦市电停电，如果UPS没有深放电保护系统，有可能造成蓄电池过度深放电，一次深度过放电可能会使蓄电池的使用寿命减少1-2年，甚至造成蓄电池的报废[5]。
2.3UPS是否须购买电源监控软件问题
当消费者在使用UPS时，可通过电源监控软件掌握UPS状态，及对市电的稳定度与状况记录并提供给相关人员分析。另当市电中断或蓄电池供电终止时，可自动储存档案、关闭系统及关闭UPS等功能。新一代电源监控软件，并具有远程监控UPS及定时开关UPS等功能。
为增加并完整发挥UPS的效能，一套适当的UPS监控软件是必须的。一般使用者最需要知道的是市电输入及蓄电池状态是否正常。当市电异常且又未装置电源监控软件时，使用者若在现场仍可因UPS所提供的电源进行应对措施如储存档案、关闭系统等。但若市电异常，又未配置监控软件，且使用者又不在现场，当UPS的蓄电池供电耗尽时，有形的损失有资料流失(个人计算机损失有限、网络工作站之损失无法计算)，无形的损失是计算机与外围设备内部组件损坏而造成产品寿命减短。此时，所造成的损失，如同未安装UPS一样。所以购买UPS时，应同时购买电源监控软件以达到完善的电力保护。
2.4UPS的网络管理功能问题[6]
对于现在多人多任务所使用的计算机网络系统，系统须肩负着计算机工作站资料的管理与使用，虽仅是短短的停电，对系统本身所造成的损坏与大量资料的流失，则无法估计。所以使用者未来若有发展成计算机工作站计划，则选购UPS时，要选购具备联网功能的UPS，从而实现对UPS的网络远程监控。

三、UPS安装调试要点
3.1安装空间要点
a.为减少电击之危险，UPS应安装于少污染，且温度、湿度适当的室内，并请注意周围环境温度。蓄电池寿命最长的周围环境温度为15～25℃，蓄电池在超过25℃时，每升高10℃，则其寿命将减低一半[5]，容量也将降低一半[7],在正常运转情况下，最长电池寿命约可使用5年。
b.UPS要装置在通风良好之区域，勿使其暴露于雨水、尘垢太重或湿气太重的地方，并远离可燃液体瓦斯或爆炸物。
c.为确保UPS有良好的可靠性和避免过热，箱体的通风口不可被堵塞。安装UPS时，后面需有300mm空间作为通风。
d.磁性载体，如磁盘、磁带、卡带等必须与UPS保持距离0.7m以上，否则UPS所产生的磁场将消磁磁性载体上的资料。
3.2调试要点
a.UPS一般是提供现代化计算机和相关接口设备电源，如显示器、调制解调器、卡带磁带机、外接式软盘等。切勿使用在纯电感性或纯电容性负荷。UPS不宜带感性负载，有的单位在验收机器时，想用大功率风机、空调检验UPS的性能与输出功率，这是不适宜的。有的单位将风扇、马达等加到小功率的方波输出的UPS上，也是不行的。
b.在做任何维修服务时，须先将蓄电池保险丝取出，以切断蓄电池电路。
c.开机前，必须先从UPS配电箱中量测UPS输入的零、火线和零、地之间电压，确认其正常后再开机。
d.相序问题。三进三出的UPS输入电源若相序接反，LCD将显示相序反常故障(phaseabnormal)。此时，当逆变器关机时，不能自动跳旁路;在运行期间，闭合旁路电源输入断路器，将产生操作过电压，可引起炸机，损坏压敏电阻。
e.手动旁路开关只能在旁路模式(bypassmode)下才可使用。

四、UPS使用要点
4.1UPS不宜带载开机和关机
没有延迟启动功能的UPS，带载开机很容易在启动的瞬间，烧毁逆变器的末级驱动元件。因为刚开启时，控制电路的工作还未进入稳定状态，启动瞬间会产生较大的浪涌电流，对UPS的末级驱动元件而言，更是如此。当负载中包含有电感性负载时，带载关机也同样可能引起末级驱动元件的损坏。因此，不能带载开机和关机。
4.2示波器观察UPS注意要点
UPS逆变器正常运行时，禁止用示波器观察控制电路波形。UPS的核心部件是逆变器，逆变器运行时，请不要用示波器或其他测试工具观察控制电路的波形。因为测试时，尽管特别小心，也很难避免表笔与临近点相碰，更难防止因表笔接上后引起电路工作状态的变化。一旦电路工作异常，就有导致末级驱动元件烧毁的危险。在维修中已发现过多次人为烧毁逆变器的现象。有的是属于维修经验不足，有的是为了学习，观察电路波形而引起的。
4.3后备式UPS不能加大市电输入保险丝容量
后备式UPS在逆变器供电时，一般都没有过载和短路自动保护功能，但在市电时，一般靠输入交流保险担当过载保护任务，所以用户不可轻易地加大市电输入保险丝的容量;否则，一旦UPS输出发生短路事故时，有可能出现输入保险烧不断，印制板上的印制线却被烧毁的危险。

五、UPS蓄电池维护要点
a.蓄电池安装场地应保证通风、避免阳光直射、环境温度不宜过高或过低，最好在20-25℃。
b.定期对蓄电池进行检查，如有性能异常，池壳、盖子龟裂、变形等损伤及漏液发生时，要及时更换。
C.进行维护检修时，应使用绝缘手套、绝缘鞋等保护用品。如身体直接接触导线部有触电的危险。
d.清扫蓄电池时，应使用湿布等。如用干布或掸子清扫，产生的静电有引火爆炸的危险。
e.清扫合成树脂蓄电池壳时，不应使用香蕉水、汽油、挥发油等有机溶剂或洗涤剂，否则有可能使蓄电池壳破裂，导致电解液漏出。
f.应定期检查蓄电池电压及外观，螺栓螺帽也要定期拧紧。如不进行定期检查，有引起蓄电池破损及引火爆炸的危险。
g.阀控式密封铅酸蓄电池的安全阀在排气栓下面。禁止拆下安全阀和排气栓;否则有造成蓄电池性能、寿命劣化、破损